(57)【要約】【課題】コアの隣接する角部以外におけるコイルの湾曲による膨らみを抑制して、占積率を向上することができるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を提供する。【解決手段】コア１にコイル２を巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア１のコイル２を巻装する部分のいずれかの面に凹部１１を設け、前記コイル２を巻装した後、当該凹部１１に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて押圧する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアにコイルを巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コアのコイルを巻装する部分のいずれかの面に凹部を設け、前記コイルを巻装した後、当該凹部に位置するコイルを、コアの外周側から内周側に向けて押圧することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項２】
前記凹部を前記コアのコイルを巻装する部分の周方向端面に設けることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項３】
コアにコイルを巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コアのコイルを巻装する部分のいずれかの面に凸部を設け、前記コイルを巻装した後、当該凸部に隣接して形成される凹部に位置するコイルを、コアの外周側から内周側に向けて押圧することを特徴とするアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項４】
前記凸部を前記コアの周方向端面の外周側のみに設けることを特徴とする請求項３に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項５】
前記凹部を前記コアの外周面あるいは内周面もしくはその両方に設けることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項６】
前記押圧により形成されたコイルの凹形状に隣接させて、コア及びコイルの冷却手段を設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【請求項７】
前記コアを径方向に放射状に延びる複数のバックヨーク間に嵌合してなる請求項１〜６に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コアの凹部に対応する、凸形状をバックヨークに設けるとともに、前記コアを前記バックヨーク間に嵌合するに当たり、前記凹部と当該凸形状とを相互に嵌合させることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に沿ってステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ロータに永久磁石を設けた回転電機は、損失が少なくかつ効率がよく、出力が大きい等の理由により自動車もしくは産業用機械に数多く使用されている。これらの回転電機はラジアルギャップ型とアキシャルギャップ型とに大別され、なかでも、回転軸に沿ってステータとディスク状のロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機は、回転電機自体の軸方向の薄型化が可能であるため、レイアウト上の制約がある場合により多く用いられており、ステータはコアを周方向に並列して、その全体を樹脂モールドにより一体成型して形成されている。
【０００３】
このような回転電機においては、ステータはコアにコイルを巻装したものを周方向に並べて構成され、回転電機のトルクまたは効率の向上あるいは回転電機の小型化を図るために、コイルの占積率（導体体積率）をなるべく大きくすることが従来から行われ、例えば特許文献１および特許文献２に記載されているように、コアにコイルを巻装するにあたり介装するインシュレータをステータの中心軸線方向から見て非対称形状にすることや、コイルの巻装の態様をステータの中心軸線方向から見て左右非対称とすることが提案されている。
【特許文献１】特開２００３−７９０８０号公報
【特許文献１】特開２００３−３３３７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、このような形態のステータの構造においては、コアにコイルを巻装するにあたり、コアの角部においては（インシュレータを介装する場合はインシュレータの角部）、コイルは小さな曲率半径で曲げられ、他の部分では、コアの角部を除いた表面（インシュレータを介装する場合はインシュレータの角部を除いた表面）に沿うようにコイルが配置されることになる。このため、コアに巻装されるコイルは、コアの角部において小さな曲率半径で曲げられ、かつコイル全体にその曲げモーメントが発生することになり、隣接する角部の間に位置するコイルは、コアの表面から離隔する方向に付勢され、コアの表面から離隔するように湾曲して膨らむことが避けられない。それに応じて周方向に当該コアを並べて設けるに当たり、コイルが湾曲して外周側に膨らむ分だけ余計に隣接するコアを離隔させる必要が生じて、上述した占積率を十分に向上することが出来ないという問題点があった。
【０００５】
本発明は上述したところの課題を解決することを目的とするものであり、その目的は、コアの隣接する角部以外におけるコイルの湾曲による膨らみを抑制して、占積率を向上することができるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造は、コアにコイルを巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コアのコイルを巻装する部分のいずれかの面に凹部を設け、前記コイルを巻装した後、当該凹部に位置するコイルを、コアの外周側から内周側に向けて押圧することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
これによれば、コイルをコアに巻装した後に、コアに形成した凹部に位置するコイルを、コアの外周側から内周側に向けて、十分なストロークを持って押圧して、コイルを巻装する際に付勢される癖と逆方向の癖をつけることにより、コイルがコアの角部と角部の間において、コアに対して離隔する方向に付勢されて膨らむことを抑制することが出来るので、コイルを巻装したコアを周方向に並べて設けるにあたり、その間隔をより小さくすることができ、ステータのコイルの占積率を向上することができる。これにより、回転電機としてのトルクおよび効率を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は一般的なアキシャルギャップ型回転電機の一実施形態を示す模式断面図である。
このアキシャルギャップ型回転電機は、コア１にコイル２を巻装してなるステータ３とロータ４が回転軸に沿って対向して配置されるものであって、ロータ４は、複数の永久磁石５を周方向に等間隔に並べて設けるとともにその内周側にシャフト６を具え、このシャフト６は軸受７を介してケース８により回転自在に支持される。さらにケース８には冷却路９が設けられ、ステータ３の損失による発熱を吸収し冷却するための冷却液が循環される。さらに回転軸６の端部にはロータ４の回転量や位置を検出するための、エンコーダ１０が設けられる。
【０００９】
図２は、従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
図２に示すように、断面形状が長方形状をなすコア１にコイル２がインシュレータ１１を介して巻装され、コア１の角部においては（インシュレータ１１を介装する場合はインシュレータ１１の角部）、コイル２は小さな曲率半径で曲げられ、他の部分では、コア１の角部を除いた表面（インシュレータ１１を介装する場合はインシュレータ１１の角部を除いた表面）に沿うようにコイルが配置されることになり、隣接する角部の間に位置するコイル２は、角部において小さな曲率半径で曲げられ、かつコイル自身が弾性を有することに起因して、コア１の周方向端面から離隔する方向に付勢され、コア１の周方向端面から離隔するように湾曲して、図２中αに示すように膨らむ。
【００１０】
このコイル２の膨らみを抑制するべく、コイル２をコア１の外周側から内周側に向けて押圧することも考えられるが、図２に示した形態のコア１では、コア１の周方向端面から離隔して膨らんだコイル２とコア１との隙間が小さいため、押圧して、癖付けをするために必要なストロークを確保することが出来ない。
【００１１】
そこで本発明では以下のようにステータを構成する。
図３は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
図３に示すように、コア１にコイル２を巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア１のコイル２を巻装する部分のいずれかの面に凹部１１を設け、前記コイル２を巻装した後、当該凹部１１に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて押圧する。（請求項１に相当）押圧する手段は種々の形態の治具が考えられるが、ローラを具えた棒状部材等を用いることができる。
【００１２】
これによれば、コイル２をコア１に巻装した後に、コア１に形成した凹部１１に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて、十分なストロークを持って押圧して、コイルを巻装する際に付勢される癖と逆方向の癖をコイルにつけることにより、コイル２がコア１の角部と角部の間において、コア１に対して離隔する方向に付勢されて膨らむことを抑制することが出来るので、コイル２を巻装したコア１を周方向に並べて設けるにあたり、その間隔をより小さくすることができ、ステータのコイルの占積率を向上することができる。これにより、回転電機としてのトルクおよび効率を向上することができる。
【００１３】
加えて、前記凹部１１を前記コア１のコイル２を巻装する部分の周方向端面に設ける。（請求項２に相当）ここで周方向端面とは、周方向に隣接するコア１の相互に対向する面を指すものとする。
【００１４】
これによれば、コイル２がコア１から離隔して膨らんだ場合に、隣接するコア１の間隔に直接影響する、コア１の周方向端面に位置するコイル２を、前述したようにコア１の外周側から内周側に向けて押圧して、コイルを巻装する際に付勢される癖と逆方向の癖をつけることにより、コイル２がコア１の角部と角部の間において、コア１に対して離隔する方向に付勢されて膨らむことを抑制することが出来るので、コイル２を巻装したコア１を周方向に並べて設けるにあたり、その間隔をより小さくすることができ、ステータのコイルの占積率を向上することができる。
【００１５】
図４は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
図４に示すように、コア１にコイル２を巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア１のコイル２を巻装する部分のいずれかの面に凹部１１を設け、前記コイル２を巻装した後、当該凹部１１に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて押圧する。（請求項１に相当）
【００１６】
これによっても、コイル２をコア１に巻装した後に、コア１に形成した凹部１１に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて、十分なストロークを持って押圧して、コイルを巻装する際に付勢される癖と逆方向の癖をつけることにより、コイル２がコア１の角部と角部の間において、コア１に対して離隔する方向に付勢されて膨らむことを抑制することが出来るので、コイル２を巻装したコア１を周方向に並べて設けるにあたり、その間隔をより小さくすることができ、ステータのコイルの占積率を向上することができる。これにより、回転電機としてのトルクおよび効率を向上することができる。
【００１７】
加えて、前記凹部１１を前記コア１のコイル２を巻装する部分の周方向端面の内周側及び外周側の二箇所に設ける。（請求項２に相当）ここで周方向端面とは、周方向に隣接するコア１の相互に対向する面を指すものとする。
【００１８】
これによっても、コイル２がコア１から離隔して膨らんだ場合に、隣接するコア１の間隔に直接影響する、コア１の周方向端面に位置するコイル２を、前述したようにコア１の外周側から内周側に向けて押圧して、コイルを巻装する際に付勢される癖と逆方向の癖をつけることにより、コイル２がコア１の角部と角部の間において、コア１に対して離隔する方向に付勢されて膨らむことを抑制することが出来るので、コイル２を巻装したコア１を周方向に並べて設けるにあたり、その間隔をより小さくすることができ、ステータのコイルの占積率を向上することができる。
【００１９】
図５は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
図５に示すように、コア１にコイル２を巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア１のコイル２を巻装する部分のいずれかの面に凸部１２を設け、前記コイル２を巻装した後、当該凸部１２に隣接して形成される凹部１３に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて押圧する。（請求項３に相当）なお、ここでは、凸部１２は、厳密にはコア１の内外周側に設けたインシュレータ１４の周方向端部に設けられている。
【００２０】
これによっても、コイル２をコア１に巻装した後に、コア１に形成した凹部１３に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて、十分なストロークを持って押圧して、コイルを巻装する際に付勢される癖と逆方向の癖をつけることにより、コイル２がコア１の角部と角部の間において、コア１に対して離隔する方向に付勢されて膨らむことを抑制することが出来るので、コイル２を巻装したコア１を周方向に並べて設けるにあたり、その間隔をより小さくすることができ、ステータのコイルの占積率を向上することができる。これにより、回転電機としてのトルクおよび効率を向上することができる。
【００２１】
図６は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
図６に示すように、コア１にコイル２を巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア１のコイル２を巻装する部分のいずれかの面に凸部１２を設け、前記コイル２を巻装した後、当該凸部１２に隣接して形成される凹部１３に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて押圧する。（請求項３に相当）加えて、前記凸部１２を前記コア１の周方向端面の外周側のみに設ける。（請求項４に相当）なお、ここでも、凸部１２は、厳密にはコア１の外周側に設けたインシュレータ１４の周方向端部に設けられている。    
【００２２】
これによっても、コイル２をコア１に巻装した後に、コア１に形成した凹部１３に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて、十分なストロークを持って押圧して、コイルを巻装する際に付勢される癖と逆方向の癖をつけることにより、コイル２がコア１の角部と角部の間において、コア１に対して離隔する方向に付勢されて膨らむことを抑制することが出来るので、コイル２を巻装したコア１を周方向に並べて設けるにあたり、その間隔をより小さくすることができ、ステータのコイルの占積率を向上することができる。これにより、回転電機としてのトルクおよび効率を向上することができる。
【００２３】
さらに、請求項４に相当する構成のように、凸部１２を前記コア１の周方向端面の外周側のみに設けることにより、コア１を周方向に並べるにあたって、スペース上余裕のある部位のみに、凸部１２を設けることができるため、周方向になるべく隙間なくコア１を設けることができ、これによっても、ステータのコイルの占積率を高めることができる。
【００２４】
図７は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
図７に示すように、コア１にコイル２を巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア１のコイル２を巻装する部分のいずれかの面に凹部１１を設け、前記コイル２を巻装した後、当該凹部１１に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて押圧する。（請求項１に相当）前記凹部１１を前記コア１の外周面あるいは内周面もしくはその両方に設ける。（請求項５に相当）
【００２５】
請求項１に相当する作用効果は前述したので割愛する。  
請求項５に相当する構成によれば、前記凹部１１をコア１の内外周面に設けるので、コイル２の内外周側への膨らみを防止することができるため、アキシャルギャップ型回転電機においては、ステータの外形寸法を縮小することが出来る。なお、ラジアルギャップ型回転電機において、当該凹部をコアの軸方向端面に設けると、ステータの軸方向へのコイルの膨らみを抑制することができるので、ステータの軸方向の寸法を抑制することが出来る。
【００２６】
図８は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
図８に示すように、コア１にコイル２を巻装してなるステータとロータが回転軸に沿って対向して配置されるアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コア１のコイル２を巻装する部分のいずれかの面に凹部１１を設け、前記コイル２を巻装した後、当該凹部１１に位置するコイル２を、コア１の外周側から内周側に向けて押圧するとともに、（請求項１に相当）前記押圧により形成されたコイル２の凹形状１５に隣接させて、コア１及びコイル２の冷却手段１６を設ける。（請求項６に相当）冷却手段１６は、冷媒として水等を使用した冷却路等により構成される。
【００２７】
請求項１に相当する構成による作用効果は前述したので割愛する。
請求項６に相当する構成によれば、コイル２の癖付けのために設けた凹部１１に対応して形成されるコイル２の凹形状１５を有効活用して、冷却手段１６を設けることができ、冷却しにくい隣接するコア１とコア１の間を有効に冷却することができる。
【００２８】
図９は、本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を一部を破断して示す模式図である。
図９に示すように、前記コア１を径方向に放射状に延びる複数のバックヨーク１６間に嵌合してなる請求項１〜６に記載のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造において、前記コアの周方向端に設けた凹部１１に対応する、凸形状１７をバックヨーク１６に周方向に突出させて設けるとともに、前記コア１を前記バックヨーク１６間に嵌合するに当たり、前記凹部１１と当該凸形状１７とを相互に嵌合させる。（請求項７に相当）
【００２９】
これによれば、コイル２の癖付けのために設けた凹部１１を、バックヨーク１６にコア１を嵌合して固定するために利用することができるため、別途固定手段を設けることに比べて部品点数を削減することが出来る。
【００３０】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、アキシャルギャップ型回転電機に用いて好適なものであり、特にはステータのコイルの占構率を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一般的なアキシャルギャップ型回転電機を示す模式断面図である。
【図２】従来のアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造を中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
【図３】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の一実施形態を、中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
【図４】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を、中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
【図５】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の他の実施形態を、中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
【図６】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の、さらに他の実施形態を、中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
【図７】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の、さらに他の実施形態を、中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
【図８】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の、さらに他の実施形態を、中心軸線に垂直な断面において示す模式図である。
【図９】本発明に係るアキシャルギャップ型回転電機のステータ構造の、さらに他の実施形態を、一部を破断して示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  コア
２  コイル
３  ステータ
４  ロータ
５  永久磁石
６  シャフト
７  軸受
８  ケース
９  冷却路
１０  エンコーダ
１１  凹部
１２  凸部
１３  凹部
１４  インシュレータ
１５  凹形状
１６  バックヨーク
１７  凸形状
【図１】
2006311704.tif 000003
【図２】
2006311704.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006311704.tif 000008
【図７】
2006311704.tif 000009
【図８】
2006311704.tif 000010
【図９】
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